大气电脑系统

suyang

                大气电脑

题外话
飞机在空中飞行, 靠的是风的力量, 也就是大气的流动,
而引擎推力来源, 也是靠着把吸进来的空气加热膨胀再排出所获得. 所以了解外界大气的状
况, 对飞行而言, 就变成一个非常重要的事.
说穿了, 其实我们能从大气中获得的数据, 不过只有压力和温度而已,
但从这两种参数, 就可以变化出许多对飞行非常重要的参数, 而量测并提供这些参数的, 就
是底下要介绍的大气计算机.
量測儀器
747-400 上量測大氣資料, 提供給大氣電腦的儀器共有底下幾種

管的前端有一开口, 用来量测总压 (Total Pressure), 管体管壁上另开了小孔,
用来量测静压 (Static Pressure). 总压, 静压差可用来量测速度, 而单独静压部份, 可用
来量测高度, 其变化率可量出垂直爬升率.
机头左右各有两支 Pitot-static tube, 是 ADC 量测空速及高度主要的仪器.
(小蟹一直在想, 这四支又长右尖的管子,
会不会刚好那天不小心插在那只倒霉的小鸟身上, 加上飞行中管子会加热, 是不是接机时就
有烤小鸟好吃了 !)

Flush static port :
就在机身上钻几个小洞, 用来量测静压.
这几个 Flush static port 并不是提供数据给ADC, 而是另有它用 :
前方左右一对的 port, 称为 Alternate static pressure port, 其所量得的静压, 会配合
Pitot-static tube 所量的总压, 提供给备用空速表用.
后面一对 port, 称为 Dedicated static pressure port, 则是配合 Pitot-static tube 所
量得的总压,
给升降舵的力回馈系统使用. (随着飞行速度的增加, 飞行员拉动操纵杆所需的力量也要越大)

Angle of attack sensor :
利用很简单的风向计原理, 就可以得到飞机的飞行攻角.

Total air temperature sensor :
量测大气温度, 供 ADC 校正速度之用, 也是 FMC 用来计算引擎最大推力的参考.
系统运作 :
ADC 利用上述的量测仪器, 可以得到 : 空速, 高度, 攻角, 温度四种数据, 分送给各个须要
这些数据的系统.
空速 :
空速的种类很多, 相信许多人一直有许多疑惑,
现在我们从空速计的演进来讨论各种空速的种类. 不过首先必需了解空速计原理及一些简单
的物理公式.

由白努利定律得 P 1 + 1/2*d*V12 = P2 + 1/2*d*V22 d 为密度
而在 "1" 处, 气流静止, 因此 V 1= 0, P 1 为总压, 称为 Pt
在 "2" 处, V2 为气流速度, 简称为 V, P2 为静压, 称为 Ps
于是公式便为 Pt = Ps + 1/2*d*V2
Pt, Ps 便是 Pitot tube 所量到的总压及静压, d 是空气密度为一常数, 于是便可以求得空
速了.
最早将应用于飞机上的空速计, 便是将 Pt, Ps 导入一薄膜盒中, 利用薄膜的鼓胀来带动指
针, 经过校对之后, 便可以用来显示空速了. 聪明的读者一定想到 (如果你没想到, 表示小
蟹讲解得太烂) : 如果这空速计在地面校正好, 若飞到高空中空气密度变小了, 岂不是就不
准了 ?
你想的一点都没错, 所以用这种方法量出来的空速, 我们称为指示空速 (Indicated Air
Speed, IAS), 表示说这种空速只是从表上读出来的数据, 并不是真的空速.
到后来科技工艺发达, 工程师运用大气压力随高度变化的特性, 将空速计与高度计结合, 利
用巧妙的机械连杆结构, 去修正因高度 (也就是大气压力, 也是大气密度)所引起的误差, 就
可以得到真正的空速了. 当然现在有了计算机之后, 修正的工作就更容易了. 我们称这种方
法得到的空速叫 "真空速" (True Air Speed, TAS).
不过在 747-400 驾驶舱里, 飞行员看到的, 既不是 TAS, 也不是 IAS ,而是称之为 CAS
(Computed Air Speed, 可不是优良冷冻肉品标志喔 !)的计算空速. CAS 基本上是由 IAS,
经过空气压缩性的误差修正 (接近空速时, Pitot tube 周围会产生震波, 影响空速的正确
性), 再经过大气温度的修正之后所得, 因此可以说 CAS 就是 IAS.
为什么人类绕了一大圈又回来用古早的 IAS , 反而不用 TAS 呢 ? 回到白努利定律看看吧 !
压力的变化, 本来就是速度与密度的函数, 而这压力的变化, 就是作用在飞机上的空气动力,
所以把空速与密度结合的 IAS, 反而比单纯的空速 TAS, 更适切的反应飞机的气动力现象.
因此实际上几乎所有的飞机空速显示, 都采用 IAS, 而不用 TAS.
难道 TAS 就没一点用处嘛 ? 倒也未必, 因为 TAS 可以用来计算马赫速 (Mach Number), 也
就是空速与音速的比值. 当飞行接近音速时, 也就是马赫数接近 1 时, IAS, TAS 这时都不
重要了, 因为这时可能有震波的产生, IAS, TAS 都不能代表流场, 唯一有意义的就是马赫
数. 在 PFD 的空速显示方面, 就包含 CAS 与马赫数, 但马赫数只有在 >0.4 之后才出现.
另一个常听到的 "速", 就是对地速度 (Ground Speed). 不过要记着, DAC 所有的数据都是
从大气而来, 所以所有量出来的速度, 都是相对于大气的空速, 而不是相对于地面的速度.
对地速度通常都是由 IRS 所提供的, 而空速与对地速度之间的差异, 就是风速.
高度 :
大气压力随高度递减的特性, 很早就被利用做为量测高度的方法, 这种利用大气压力所量到
的高度, 就称为压力高度. 当然还有其它方法量测高度 (例如 747-400 上还有测高度的雷
达, 不过只限于 2500 英呎以下使用), 不过压力高度是最通用的方法.
不过大家都知道, 大气压力每天, 甚至时时刻刻都在变化. 因此在使用高度计时, 就必需特
别注意归零的动作.
飞行员在机场附近 (不管是起飞或降落), 可以从 ATIS (Automatic Termenal Information
System) 所发布的机场相关信息, 或是直接从塔台得到当地海平面的大气压力 ( 注意是 "海
平面", 不是机场所在地高度, 所有的压力高度都是从海平面算起). 这个压力值称为高度表
拨定值, 每个高度表上, 都会有一个旋钮, 让飞行员输入此拨定值, 这样高度表显示的数值,
才是正确的高度. 像小蟹每次作飞行前的检查时, 就会听听 ATIS 的广播, 设定一下高度表
拨定值, 然后就会看到高度计上指示在 100 - 120 英呎之间 (最小单位是 20 英呎), 这就
是中正机场的海拔高度.
飞机起飞后, 离地越来越高, 也越来越远, 高度表拨定值也就渐渐失去它的意义, 因此在飞
行至某一高度以上, 飞行员就会将高度表拨定值设定为标准大气压力 ( 1013 毫粑, 或
29.92 英吋水银柱高 ), 这样分别从两地起飞, 到达同一空域的两架飞机, 才不会有因为高
度表误差, 而引起空中相撞的事件.

EFIS control panel :
Barometric control 上共有三个同轴的钮, 最外层是选定使用的单位 ( IN-水银柱高, HPA-
毫粑), 中层旋钮可调整拨定值, 内层的钮 (标示 STD)按下后, 则拨定值设为标准大气压力.
Angle of Attack :
飛行攻角對飛行來講是很重要的參數, 但對客機的操作來說, 除非接近失速 (Stall), 否則
並不需特別注意攻角指示, 因此 747-400 的駕駛艙裡, 也沒有攻角顯示.
不過機上確有失速警告系統, 當攻角接近失速範圍時, 就會看到兩枝操縱桿 "起乩", 開始抖
啊抖的, 提醒飛行員注意. 若攻角還繼續增加, 警告系統會自動採取壓低機頭的動作, 就會
看到兩支桿子 "不支倒地", 往前倒去.

支呐

学习了.谢谢楼主讲解